JP2007240213A - 回転・二方向移動装置、アライメントユニットおよびアライメントステージ - Google Patents

Abstract

【課題】大きな推力を必要とするアライメント装置を小型化出来、ステージが傾いた場合でも自重による移動がないアライメントステージを提供する。
【解決手段】支持機構を設けた直動ガイド１０３を回転機構１０２が載置し、その回転機構１０２をリニアモータ装置１０１が載置することにより、支持機構を回転・二方向に移動可能とする回転・二方向移動装置Ｉを構成し、この回転・二方向移動装置Ｉを２台備えて、その各リニアモータ装置１０１の固定子駆動軸１０１ｂを共通とし、この固定子駆動軸１０１ｂに各可動子１０１ａを直列配置し、可動子側１０１ａにマグネットＭ、固定子駆動軸１０１ｂ側に電機子Ｃを配置し、かつブレーキをそのブレーキシューがレールの側面に押圧可能となるように可動子１０１ａに配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持対象物をＸ軸とＹ軸の二方向の移動とθの回転可能に駆動することのできるアライメントステージに関し、特にその基礎となる回転・二方向移動装置およびアライメントユニットに関する。

従来のアライメントステージは、並進駆動を２つと、回転駆動を１つとを重ね合わせた３層構造をしている。また、該一方向駆動をボールネジ駆動とし、該一方向と直交する方向には直動リニアガイド及び回動方向には回転ベアリングを装着したアライメントユニット面上に複数配置した一層構造のＸＹθアライメントステージもある（特許文献１参照）。
特開２００４−３８８３７号

従来のアライメント装置は、Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、θ軸ステージを積み重ねた構成となっていて装置が大型化、高さが高くなる欠点があった。
さらに、アライメントする対象が液晶パネルのように大型化すると、θ上のテーブルが１点支持なので歪が生じ、平面度が悪化するという問題があった。
また、一方向駆動をボールネジ駆動としたアライメントモジュールを同一平面上に複数配置した一層構造のＸＹθアライメントステージのような場合は、装置の大型化に対応するために大容量のモータを必要とし、結果的に装置が大型化し、高さが高くなった。
また、アライメントモジュールを増やすことも考えられるが、アライメントモジュールを装着する支持体の大きさが大型化するという問題もあった。
さらに、アライメントステージが傾きを持って使用される場合は、一方向駆動の駆動源が絶たれるとステージは自重により落下するという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、一方向駆動にリニアモータを用い、そのリニアモータの可動子を２台以上直列配置し、省スペースで大きな推力を得ることができ、また、一方向駆動部或いは直交する方向に移動可能な直動ガイドにブレーキを装着し、駆動源が絶たれてもその姿勢を一定に保つことができ、さらにリニアモータ駆動をムービングマグネット方式にすることにより、ケーブルベアの不要、ケーブルの屈曲が無くなり、装置の簡素化ができるアライメントステージを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１記載の発明は、回転・二方向移動装置に係り、位置決め対象物を支持する支持機構と、載置物を回動可能に支持する回転機構と、載置物を一方向に移動させることが可能な直動ガイドと、載置物を支持する可動子と前記可動子を前記一方向と直交する方向に移動させることが可能な固定子駆動軸とから成るリニアモータ装置と、を備え、前記回転機構又は前記直動ガイドが前記支持機構を載置し、前記支持機構を載置するのが前記回転機構の場合は前記直動ガイドが前記回転機構を載置し逆に前記回転機構を載置するのが前記直動ガイドの場合は前記回転機構が前記直動ガイドを載置し、かつ前記リニアモータ装置が前記直動ガイドと前記回転機構を載置することにより、前記支持機構を回転・二方向に移動可能とすることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転・二方向移動装置において、前記リニアモータ装置が、前記可動子側にマグネットを配置し、前記固定子駆動軸側に電機子（コイル）を配置したことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、アライメントユニットに係り、請求項１又は２記載の回転・二方向移動装置を複数台備え、かつ前記回転・二方向移動装置の各リニアモータ装置の固定子駆動軸を共通とし、この固定子駆動軸に各可動子を直列配置したことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のアライメントユニットにおいて、ブレーキを前記可動子に取付け、前記ブレーキのブレーキシューを前記リニアモータ装置のレールの側面に押圧可能に配設し、ブレーキ動作時に前記ブレーキシューで前記レールの側面を押圧することを特徴としている。
請求項５記載の発明は、アライメントステージに係り、請求項１若しくは２記載の回転・二方向移動装置を４台、又は請求項３若しくは４記載のアライメントユニットを４台、それぞれ、仮想四角形の各辺に対応する位置に配置し、その際前記各直動ガイドが前記辺に対してそれぞれ直角となる向きとなるように配置し、かつ前記各支持機構の上に共通のテーブルを支持させたことを特徴としている。

請求項１記載の発明によると、回転・二方向移動装置の構成を低くでき、さらに全体の構成を小型化できる。
さらに、請求項２記載の発明によると、ケーブルベアが不要になり、ケーブルの屈曲が無くなり、装置の簡素化ができる
また、請求項３記載の発明によると、安定の良いアライメントユニットが得られる。
また、請求項４記載の発明によると、駆動源が絶たれてもその姿勢を一定に保つことが可能になる。
そして、請求項５記載の発明によると、全体の構成を小型で、安定の良い、駆動源が絶たれてもその姿勢を一定に保つことができるアライメントステージが得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るアライメントステージを説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図において、Ｉは回転・二方向移動装置、IIは２台の回転・二方向移動装置Ｉで構成されるアライメントで、そのうち、II−１は第１アライメントユニット、II−２は第２アライメントユニット、II−３は第３アライメントユニット、II−４は第４アライメントユニットである。図から判るように、第２アライメントユニットII−２は、第１のアライメントユニットII−１を９０°回転した位置に配備している。さらに、第３アライメントユニットII−３及び第４アライメントユニットII−４は、必要に応じて第１及び第２のアライメントユニットII−１、II−２と平行に配置し、アライメントステージIIIを構成することが可能となっている。
本発明に係る回転・二方向移動装置Ｉを２台並列に配置して、そのリニアモータ装置（後述）の固定子駆動軸を共通軸とてし、この固定子駆動軸にそれぞれ可動子を配置して１台のアライメントユニットIIを構成し、このアライメントユニットIIを４台（II−１〜II−４）、図１（ａ）の仮想四角形の四辺にそれぞれ配置し（第１アライメントユニットII−１、第２アライメントユニットII−２、第３アライメントユニットII−３、第４アライメントユニットII−４）、各アライメントの上に共通して１枚の大きなテーブル５を載置することでアライメントステージIIIを構成している。

図２は図１の回転・二方向移動装置Ｉを説明する拡大図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。両図において、１０１はそれ自体公知のリニアモータ装置で、可動子１０１ａと、この可動子０１ａを図（ａ）で左右方向（図（ｂ）で紙面に垂直方向）に移動可能する固定子駆動軸１０１ｂとから成る。
図（ｂ）において、Ｍはマグネット、Ｃはコイル付電機子で、ムービングコイル型リニアモータ装置となっている。
１０２は回転機構で、回転子１０２ａと、回転子１０２ａを回転可能に収納する固定子１０２ｂとから成り、回転機構１０２には自由回転ができるように回転用ベアリングを各々に有している。そして、その固定子１０２ｂがリニアモータ装置１０１の可動子１０１ａの上に固定されている。
１０３は直動ガイドで、断面Ｕ字状のガイドブロック１０３ｂを回転機構１０２の回転子１０２ａの上に固定して、このガイドブロック１０３ｂのＵ字の中をガイドレール１０３ａが滑動する構成となっている。
このように構成された回転・二方向移動装置Ｉにおいては、頂上のガイドレール１０３は回転できてかつＸ方向（図（ａ）で左右方向、図（ｂ）で紙面に垂直方向）に移動できると共に、Ｙ方向（図（ａ）で紙面に垂直方向、図（ｂ）で左右方向）にも移動できるようになっている。

なお、図２では、リニアモータ装置１０１の上に回転機構１０２を、そして回転機構１０２の上に直動ガイド１０３を取り付けてしているが、重ねる順序はこれに限るものではなく、リニアモータ装置１０１の上にまず直動ガイド１０３を取り付け、そしてこの直動ガイド１０３の上に回転機構１０２を取り付けるようにしてもよい。このようにしても、頂上の回転機構１０２は回転できてかつＸ方向（図（ａ）で左右方向、図（ｂ）で紙面に垂直方向）に移動できると共に、Ｙ方向（図（ａ）で紙面に垂直方向、図（ｂ）で左右方向）にも移動できるようになる。

図１に戻って、以上のような回転・二方向移動装置Ｉを２台、並列に配置し、その際、リニアモータ装置１０１（図２）の固定子駆動軸１０１ｂを共通軸とてし、この固定子駆動軸１０１ｂにそれぞれ可動子１０１ａ、１０１ａを配置して１台のアライメントユニットII−１を構成している。
同様にして、第２アライメントII−２、第３アライメントII−３、第４アライメントII−４を構成し、このような４台のアライメントII−１〜II−４の頂上の部材（直動ガイド１０３又は回転機構１０２）上に共通して１枚の大きなテーブル５を載置することでアライメントステージIIが構成されている。

図３は、このようにして構成された本発明のアライメントステージIIの動作を示す平面図で、本発明による省スペースで大きな推力で安定した支持のできるアライメントステージIIによって、図１の状態のテーブル５を、１例として、Ｘ方向にΔｘだけ図で右方向に移動させ、かつ同時に角度θだけ図で反時計方向に回転させて、テーブル５’の状態を実現している。

ここで、本発明装置が、特許文献１記載の装置と比べて装置構成を低くでき、したがってまた全体の構成を小型化できる理由について簡単に説明する。
図４は本発明装置の斜視図、図５は特許文献１記載の装置の斜視図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。従来装置の構成は、その断面図（ｂ）から判るように、リニアモータのＸ軸ステージ５０１とリニアモータのＹ軸ステージ５０２とθ軸ダイレクトモータ５０３とそれぞれが駆動源を持つものを３重ねにしてその上にステージ５を配設して成るもので、これによりＸ軸方向の移動時にはＸ軸リニアモータを駆動し、Ｙ軸方向の移動時にはＹ軸リニアモータを駆動し、回転したい時にはθ軸モータを駆動することで任意のポジショニングを取れるようにするものである。
一方、本発明装置は、図４から判るように、一方向に移動可能な駆動タイプのリニアモータ１０１と回転ベアリングを内蔵して回転可能な従動タイプの回転機構１０２と一方向に移動可能な従動タイプの直動ガイド１０３とを３重ねにして成る回転・二方向移動装置であってこれを複数台（図では４個）同一平面に配置してその上にステージ５を配設して成るもので、これによりＸ軸方向の移動時にはＸ軸方向に移動できるリニアモータを駆動し、Ｙ軸方向の移動時にはＹ軸方向に移動できるリニアモータを駆動し、回転したい時にはＸ軸方向に移動できるリニアモータ２台を互いに逆方向に駆動することで任意の回転ができるようになる。
リニアモータはマグネットとコイル付電機子とから成るものであり、特にコイル付電機子の部分が高さをとるので、装置が嵩張る要因となっている。特許文献１記載の装置ではこのリニアモータをＸ軸ステージとＹ軸ステージにそれぞれ積み重ね構成としているので、装置構成が高くなり、全体は大型化となっていた。
これに対して、本発明装置では嵩張るリニアモータを上記のように重ねて使用することをしないで、平面に配置しているため、装置構成が低くなる。
また、回転機構を比べても、前者は駆動源を内蔵しているので大型となっているが、後者は単なる回転ベアリングで構成されるだけなので、この点でも本発明の方が全体は小型化となる。
このようにして、本発明装置は特許文献１記載の装置と比べて装置構成を低くでき、したがってまた全体の構成を小型化できる。

以上の説明から判るように、本発明が特許文献１記載の発明と異なる部分は、駆動装置に図２に示すようなリニアモータ装置を使用し、駆動軸上に複数の可動子を備えたことである。そして、その動作は、図３に示すようにＸＹθ移動可能なことは勿論であるが、その駆動推力の大きさはリニアモータ装置の台数を調整することにより可能である。

図６は実施例２の構成を示す平面図である。
実施例２では、ブレーキ６を可動子１０１ａに取り付けた点が特徴である。
ブレーキ６は断面凹状のブレーキ本体６ａと凹状の対向する内側にそれぞれブレーキシュー６ｂを備え、電磁的又は油圧・空気圧的にブレーキシュー６ｂを出没可能にし、常時はブレーキシュー６ｂはブレーキ本体６ａに没入しており、ブレーキ時にブレーキシュー６ｂを押出すことによりレールＲの両側面をブレーキシュー６ｂが挟み込んで、レールＲを把持してブレーキがかかるようにしている。
このように、Ｘ軸或いはＹ軸の駆動方向にブレーキ６を装着することによって、例えばアライメントステージIII（図１）が傾きをもった場合は、アライメントステージIIIの自重による落下を防止でき、リニアモータの電源が絶たれてもアライメントステージIIIの姿勢を停止することができるようになり、安全である。

図７は実施例３の構成を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
図７の（ａ）が、図２の（ｂ）と異なる点は、図２の（ｂ）のリニアモータ装置は、ムービングコイル型であるのに対して、実施例３では可動子側にマグネットＭを配置し、固定子駆動軸側に電機子のコイルＣを配置したいわゆるムービングマグネット型にした点である。
このように、Ｘ軸或いはＹ軸のリニアモータ装置の構成をムービングコイル型からムービングマグネット型とすることにより、電機子に電気を供給するためのケーブルベアが不要になり、したがってまたケーブルの屈曲が無くなり、装置の簡素化が可能となる。

以上、本発明によると、回転・二方向移動装置の構成を低くでき、さらに全体の構成を小型化できると共に、ムービングマグネット型とすることによりケーブルベアが不要になり、ケーブルの屈曲が無くなり、装置の簡素化ができる。
また、回転・二方向移動装置を複数台用いて１台のアライメントユニットとすることで、安定の良いアライメントユニットが得られ、ブレーキを搭載することで、駆動源が絶たれてもその姿勢を一定に保つことが可能になる。
そして、このようなアライメントユニットを複数台使用することで、全体の構成を小型で、安定の良い、駆動源が絶たれてもその姿勢を一定に保つことができるアライメントステージが得られることとなる。

本発明の実施例１に係るアライメントステージを説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１の回転・二方向移動装置Ｉを説明する拡大図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明のアライメントステージIIの動作を示す平面図である。 本発明装置のアライメントステージIIの要部構成を示す斜視図である。 特許文献１記載の装置の要部構成を示す斜視図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 本発明の実施例２に係るアライメントユニットの構成を示す平面図である。 本発明の実施例３に係るアライメントユニットの構成を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

Ｉ： 回転・二方向移動装置
II： アライメントユニット
III： アライメントステージ
II−１： 第１アライメントユニット
II−２： 第２アライメントユニット
II−３： 第３アライメントユニット
II−４： 第４アライメントユニット
１０１： アライメントユニットの駆動軸リニア
１０１ａ： 可動子
１０１ｂ： 固定子駆動軸
１０２： アライメントユニットの回転機構
１０２ａ： 回転子
１０２ｂ： 固定子
１０３： アライメントユニットの直動ガイド
１０３ａ： ガイドレール
１０３ｂ： ガイドブロック
５： テーブル
６： ブレーキ
Ｃ： コイル付電機子
Ｍ： マグネット

Claims (5)

1. 位置決め対象物を支持する支持機構と、載置物を回動可能に支持する回転機構と、載置物を一方向に移動させることが可能な直動ガイドと、載置物を支持する可動子と前記可動子を前記一方向と直交する方向に移動させることが可能な固定子駆動軸とから成るリニアモータ装置と、を備え、前記回転機構又は前記直動ガイドが前記支持機構を載置し、前記支持機構を載置するのが前記回転機構の場合は前記直動ガイドが前記回転機構を載置し逆に前記回転機構を載置するのが前記直動ガイドの場合は前記回転機構が前記直動ガイドを載置し、かつ前記リニアモータ装置が前記直動ガイドと前記回転機構を載置することにより、前記支持機構を回転・二方向に移動可能とすることを特徴とする回転・二方向移動装置。
2. 前記リニアモータ装置は、前記可動子側にマグネットを配置し、前記固定子駆動軸側に電機子（コイル）を配置したことを特徴とする請求項１記載の回転・二方向移動装置。
3. 請求項１又は２記載の回転・二方向移動装置を複数台備え、かつ前記回転・二方向移動装置の各リニアモータ装置の固定子駆動軸を共通とし、この固定子駆動軸に各可動子を直列配置したことを特徴とするアライメントユニット。
4. ブレーキを前記可動子に取付け、前記ブレーキのブレーキシューを前記リニアモータ装置のレールの側面に押圧可能に配設し、ブレーキ動作時に前記ブレーキシューで前記レールの側面を押圧することを特徴とする請求項３記載のアライメントユニット。
5. 請求項１若しくは２記載の回転・二方向移動装置を４台、又は請求項３若しくは４記載のアライメントユニットを４台、それぞれ、仮想四角形の各辺に対応する位置に配置し、その際前記各直動ガイドが前記辺に対してそれぞれ直角となる向きとなるように配置し、かつ前記各支持機構の上に共通のテーブルを支持させたことを特徴とするアライメントステージ。

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